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Francesco Villani » 13.Infezioni e intossicazioni alimentari. Batteri patogeni trasmessi con gli alimenti.


Malattie trasmesse attraverso gli alimenti

Come è definita una malattia trasmessa attraverso gli alimenti (food-born illness)?

E’ qualsiasi malattia che risulta dall’ingestione di alimenti contenenti elementi tossici di natura chimica e/o biologica

  • Gli alimenti possono dunque rappresentare dei potenziali veicoli di malattie in quanto possono trasferire ai consumatori microrganismi e sostanze chimiche capaci di provocare danni per la salute.
  • La lista delle malattie acute associate ad un veicolo alimentare è aumentata drammaticamente negli ultimi anni
  • Alcune di queste associazioni sono confermate dal diretto isolamento dell’agente eziologico (chimico e/o biologico) dall’alimento e dal paziente, altre invece sono solo sospettate essere dovute ad agenti trasmessi con gli alimenti.

Malattie trasmesse attraverso gli alimenti

Vari agenti e sostanze tossiche possono essere trasmessi con gli alimenti determinando nell’uomo diverse malattie acute come epatiti e malattie gastro-intestinali e respiratorie:

  • batteri, eumiceti, virus, parassiti (protozoi, cestodi, nematodi)
  • sostanze naturali endogene velenose presenti negli alimenti
  • residui di sostanze chimiche usate in agricoltura
  • contaminanti ambientali, residui di farmaci, additivi alimentari.

Molti agenti tossici trasmessi per via alimentare possono colpire organi diversi dal tratto gastro-intestinale, che, in ogni modo, resta la via elettiva di ingresso nell’organismo.

Sistemi, come quello nervoso, circolatorio o scheletrico, possono essere interessati in seguito all’ingestione di alimenti contaminati.

Malattie trasmesse attraverso gli alimenti – Classificazione (figura 13a)

13a) Classificazione delle malattie trasmesse con gli alimenti

13a) Classificazione delle malattie trasmesse con gli alimenti


Basi per determinare se una malattia è trasmessa con gli alimenti

  • Stabilire se una malattia è di origine alimentare è molto complesso.
  • La principale evidenza è il rilevamento dell’agente che causa la malattia in un campione dell’alimento che la persona colpita ha consumato. E’ evidente che questo, per diversi motivi non sempre è possibile.
  • La malattia colpisce un gruppo di persone che hanno in comune il fatto di aver consumato lo stesso alimento.
  • La trasmissione per via alimentare potrebbe essere dedotta dal fatto che la malattia causa disturbi a livello gastro-intestinale. Questo potrebbe essere un falso indizio; inoltre l’assenza di sintomi a livello del tratto gastro-intestinale non prova che una malattia non sia di origine alimentare.
  • La trasmissione per via alimentare di una malattia potrebbe essere sospettata quando essa è conosciuta come essere normalmente trasmessa in questo modo.

Infezioni e intossicazioni alimentari batteriche

Infezioni

Conseguenti all’ingestione di alimenti contaminati da elevate quantità di microrganismi vivi e vitali che liberano le tossine al momento del loro passaggio nel tratto intestinale.

Intossicazioni

Conseguenti all’ingestione di alimenti contenenti tossine prodotte da microrganismi i quali possono anche non essere presenti al momento dell’ingestione dell’alimento.

Malattie trasmesse attraverso gli alimenti

L’incidenza delle malattie alimentari è sottostimata

Si ritiene che solo l’1% degli avvelenamenti da cibo sono riportati nelle statistiche annuali. Ciò è dovuto soprattutto a:

  • mancato rapporto dei casi dovuto a scarsa investigazione
  • minore importanza sotto il profilo psicologico che oggi si tende a dare a queste malattie, per cui l’ammalato spesso evita di consultare il medico, aspettando la guarigione, o rivolgendosi alle strutture sanitarie solo se i sintomi non scompaiono dopo qualche giorno

La persistenza delle malattie alimentari trova spiegazioni in diversi fattori:

  1. diffusione del fenomeno della ristorazione collettiva
  2. rapida espansione dei viaggi turistici con spostamenti nel mondo di grandi masse di persone
  3. allevamenti zootecnici intensivi di tipo industriale
  4. modificazioni tecnologiche di produzione, distribuzione e consumo
  5. import export su scala internazionale

Batteri responsabili di malattie alimentari

La maggior parte dei batteri responsabili di malattie di origine alimentare provocano, attraverso la produzione di tossine o la loro interazione diretta, disturbi a carico del tratto gastro-intestinale (GI). Solo alcuni, anche molto importanti, pur essendo trasmessi attraverso gli alimenti, hanno azioni diverse sull’ospite.

Batteri responsbili di malattie alimentari

Batteri responsbili di malattie alimentari


Meccanismi patogenetici delle infezioni intestinali

  • Malattia infettiva: ogni modificazione delle normali condizioni organiche in cui una o più parti del corpo umano sono incapaci di svolgere le normali funzioni vitali per la presenza di un microrganismo o di suoi metaboliti tossici;
  • Patogeno: ogni agente microbico in grado di provocare malattia;
  • Patogenicità: capacità del patogeno di causare malattia.
  • Le sostanze tossiche o irritanti che entrano nello stomaco, inducono una peristalsi inversa che combinata alla contrazione dei muscoli addominali provoca il vomito.
  • Se le sostanze tossiche non sono eliminate con il vomito, queste o i microrganismi che le producono passano nell’intestino e producono contrazioni, dolori addominali e diarrea.

Meccanismi patogenetici delle infezioni intestinali

Meccanismo enterotossico

Enterotossine: tossine a localizzazione intracitoplasmatica di natura proteica (esotossine) che vengono liberate dopo lisi della cellula con meccanismo d’azione citotonico o citotossico in funzione della specie produttrice:

a) Enterotossine citotoniche: alterazione di attività enzimatiche delle cellule intestinali (attivazione dell’adenilato-ciclasi) senza provocare lesioni. Esempi: Vibrio cholerae O1; E. Coli Enterotossici (E.T.E.C.); Salmonella spp.; Clostridium perfringens Tipo D; Bacillus cereus.

b) Enterotossine citotossiche: inducono lesioni delle cellule della mucosa intestinale. Esempi: Yersinia enterocolitica, Shigella dysenteriae sierotipo 1, Shigella flexneri, Escherichia coli Verocitotossici (V.T.E.C.), E. coli Enteropatogeni (E.P.E.C.), Vibrio parhaemolyticus, Staphylococcus aureus.

Meccanismi patogenetici delle infezioni intestinali

Meccanismo enteroinvasivo

Comporta la penetrazione del microrganismo all’interno delle cellule della mucosa intestinale. E possibile distinguere i seguenti casi:

a) invasione della mucosa intestinale e proliferazione all’interno delle cellule epiteliali (intraepiteliale); la sede elettiva è il colon con produzione di lesioni infiammatorie e ulcerative (enterotossine citotossiche). Esempi: Shigella spp., E. coli Enteroinvasivi (E.I.E.C.);

b) invasione della mucosa e proliferazione nella lamina propria; la sede elettiva è il colon, in cui si può avere una possibile diffusione nei linfonodi (Salmonelle Non Tifiche, Yersinia enterocolitica, Campylobacter spp.) oppure diffusione nel circolo sanguigno, con infezione generalizzata (Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, Y. enterocolitica (occasionalmente), Campylobacter spp.).

Meccanismi patogenetici delle infezioni intestinali

Meccanismo neurotossico

Sebbene la maggior parte delle tossine coinvolte in avvelenamenti alimentari siano delle enterotossine, altre tossine possono essere coinvolte, come quelle neurotossiche prodotte da Clostridium botulininum.

Quando la neurotossina è ingerita con l’alimento, passa attraverso la mucosa intestinale nel circolo sanguigno, diffondendosi in tutto il corpo. La tossina si lega quindi alla parte terminale del neurone con blocco del processo di accoppiamento tra acetilcolina e stimolo nervoso con conseguente paralisi.

Dose Infettiva Minima (DIM)

Per ogni microrganismo, esiste una Dose Infettiva Minima (DIM) che dipende principalmente dalla virulenza del microrganismo e dall’età e stato generale di salute delle persone colpite.

Escherichia coli enterovirulenti

  • Bastoncino Gram (-), catalasi (+), ossidasi (-), anaerobio facoltativo; fermentazione del lattosio con produzione di acido e gas.
  • I ceppi di E. coli possono essere differenziati tra di loro sierologicamente sulla base di antigeni somatici (O), flagellari (H) e capsulari (K).
  • Particolari ceppi e sierotipi di E. coli possono indurre malattie del tratto gastro-intestinale per cui questa specie viene sempre di più considerata come un potenziale patogeno veicolato attraverso gli alimenti.
  • La malattia gastrointestinale provocata da E. coli è detta generalmente “malattia diarroica” che risulta dall’ingestione di un grande numero (106-109) di ceppi enterovirulenti del microrganismo.

Virotipi di Escherichia coli

In base al meccanismo di azione patogenetica, alle proprietà di virulenza e alla sintomatologia clinica i ceppi di E. coli capaci di causare patologie intestinali, sono classificati in vari gruppi specifici, detti virotipi, i più importanti dei quali sono designati con le sigle:

  • EPEC (Enteropatogeni – Enteropathogenic E. coli)
  • ETEC (Enterotossici – Enterotoxigenic E. coli)
  • EIEC (Enteroinvasivi – Enteroinvasive E. coli)
  • EHEC-VTEC (Enteroemorragici-Verotossici; Enterohaemorragic E.coli o Verocytotoxic E. coli)

Escherichia coli Enteropatogeni (EPEC)

Gruppo classico degli E. Coli patogeni: “E. coli diarrogeni”.

Associati con episodi di diarrea in neonati e bambini: diarrea ad “acqua di riso” o sanguinolenta; muco.

Meccanismo patogenetico controverso: no enterotossico no enteroinvasivo.

Alimenti più comunemente implicati in episodi epidemici:

  • carne cruda di bovino e pollo
  • qualsiasi alimento esposto a potenziali contaminazioni di tipo fecale può risultare sospetto

Principali sierotipi: O55 – O86 – 0111 – 0119 – 0125 – 0126 – 0127 – 0128 – 0142.

Escherichia coli Enterotossinogeni (ETEC)

  • Rappresentano una causa molto importante di diarree infantili nei paesi in via di sviluppo e della “diarrea dei viaggiatori” provenienti da paesi sviluppati.
  • Colonizzano l’intestino tenue (duodeno, digiuno e ileo) e favoriscono l’accumulo di liquidi nell’intestino.
  • La malattia è anche nota come “cholera-like illness”.

Producono due enterotossine, differenziabili in base alla loro tolleranza ad un trattamento termico a 60°C per 30 min e al loro meccanismo di azione.

  • tossina termolabile (LT: heat-labile toxin)
    • proteina di ca. 100.000 Da, antigenicamente correlata con la tossina colerica; determina attivazione del sistema adenilato-ciclasi (cAMP), con conseguente diarrea acquosa
  • tossina termostabile (ST: heat-stable toxin)
    • polipeptide di 1000-10000 Da; non correlata antigenicamente con la tossina colerica; attiva il sistema guanilato-ciclasi (cGTP); diarrea. E’ estremamente termoresistente, potendo resistere anche a 100° C per 15 minuti.

Escherichia coli Enterotossinogeni (ETEC)

  • Il microrganismo rappresenta un grosso problema in paesi in cui non sono applicate e rispettate pratiche corrette di igiene.
  • L’acqua contaminata con materiale fecale rappresenta il principale veicolo del microrganismo.
  • Anche gli operatori infetti, addetti alla manipolazione degli alimenti, rappresentano una seria causa di contaminazione degli alimenti.
  • L’OMS ha pubblicato un opuscoletto che riporta consigli e informazioni su come difendersi dalle diarree del viaggiatore.
  • Principali sierotipi: O6 – O8 – 015 – 020 – 025 – 063 – 078 – 0159 – 0167.

Escherichia coli enteroinvasivi (EIEC)

  • Meccanismo patogenetico simile a quello di Shigella e perciò noti anche come “Shigella-like E. coli”.
  • Invadono la mucosa intestinale localizzandosi nelle cellule epiteliali e nella lamina propria del colon, dove si moltiplicano producendo infiammazioni e ulcerazioni che si traducono nei sintomi classici della dissenteria bacillare: febbre, dolori addominali, diarrea acquosa con sangue e muco.
  • Come per Shigella, la DIM è di poche cellule (meno di 10 organismi).
  • Il microrganismo differisce dalla maggior parte degli E. coli perché fermenta il lattosio solo debolmente o non lo fermenta affatto e perché è immobile.

L’uomo rappresenta il serbatoio principale del microrganismo e i sierotipi più frequentemente associati con la malattia sono: O124; O29; 0112; O152; O164; O143.

Escherichia coli enteroemorragici-verocitotossici (EHEC-VTEC)

Producono VEROCITOTOSSINE (VT) in grado di indurre alterazione citotossica nei confronti di linee cellulari VERO (cellule di rene di scimmia verde africana).

Le tossine sono molto simili a quelle prodotte da Shigella dysenteriae sierotipo 1 e pertanto sono definite anche Shiga-Like-Toxin (SLT)

I ceppi VTEC sono correlati con una varietà di manifestazioni cliniche:

  • colite emorragica (HC: Haemorrhagic colitis);
  • sindrome uremica emolitica umana (HUS: Haemolytic Uremic Syndrome);

I sintomi sono rappresentati da diarrea acquosa seguita da abbondante emissione di sangue con complicazioni a livello renale. L’assenza di febbre differenzia questa malattia da quella causata da Shigella.

I principali sierotipi che causano la malattia sono: O157:H7, O26:H11, O111:H8; 0103:H2; O111:H- (H- significa che il ceppo è immobile).

Escherichia coli O157:H7

E’ associato a numerosi episodi epidemici in cui sono risultati implicati soprattutto alimenti carnei.

Caratteristiche Escherichia coli

Caratteristiche Escherichia coli


Escherichia coli O157:H7

Produce due tossine Shiga-simili (SLT: Shiga-like toxin) note anche come VT1 e VT2:

  • SLT1 immunologicamente simile a quella prodotta da Shigella dysenteriae sierotipo 1
  • SLT2 distinta antigenicamente da quella prodotta da Shigella.
  • Sono proteine di 70000 dalton appartenenti al gruppo delle tossine A-B (Active-Binding: Attiva-legante).

Patogenicità di E. coli O157:H7

  • Capacità di aderire e colonizzare l’intestino.
  • Gene cromosomiale eae (Escherichia attaching and effacing gene; adesione ed eliminazione) codifica per una proteina di 94-97 KDa, l’intimina, associata alla membrana esterna del microrganismo e che è responsabile dell’adesione del batterio alle cellule epiteliali dell’intestino.

Escherichia coli enterovirulenti

Escherichia coli O157:H7 è correlato con una varietà di manifestazioni cliniche.

Manifestazioni cliniche dovute all’Escherichia coli

Manifestazioni cliniche dovute all'Escherichia coli


Escherichia coli O157:H7 e alimenti

  • E’ stabilita “tolleranza zero” per E. coli O157:H7 nella carne macinata.
  • I bovini rappresentano il serbatoio e il veicolo principale del microrganismo, il quale sembra essere ben adattato alle condizioni di pH del rumine, dove sopravvive e viene escreto con le feci.
  • Le carni possono essere contaminate durante le varie fasi della macellazione e la trasmissione del microrganismo all’uomo avviene attraverso il consumo delle carni non cotte sufficientemente.
  • Altri animali, come suini, agnelli, pollame possono ospitare il microrganismo e quindi costituire una ulteriore sorgente del patogeno. Ciò è dimostrato dal frequente isolamento del microrganismo dalle feci di questi animali e dalle loro carni.

Escherichia coli O157:H7

Caratteristiche di crescita e sopravvivenza negli alimenti

  • E’ in grado di sopravvivere per lunghi periodi in alimenti acidi.
  • E’ distrutto dalla pastorizzazione (64,5°C per 9,6 sec. sufficienti per eliminare 1 log del microrgansimo).

Carateristiche di crescita e sopravvivenza dell’Escherichia coli negli alimenti

Carateristiche di crescita e sopravvivenza dell'Escherichia coli negli alimenti


Numerazione, isolamento e identificazione di E. Coli virulenti

Considerazionie

I metodi analitici adottati devono tenere conto del fatto che nella maggior parte degli alimenti questi patogeni sono presenti a bassi livelli rispetto alla microflora concomitante, per cui il loro isolamento richiede quasi sempre un arricchimento preliminare seguito da un piastramento su terreni selettivi e differenziali.

Per alimenti processati (calore, freddo, antimicrobici, ecc.) si rende necessario il recupero di cellule danneggiate subletalmente.

Innumerevoli procedure, terreni liquidi ed agarizzati, selettivi e differenziali, sono state messe a punto e descritte per l’isolamento di E. coli negli alimenti.

A titolo di esempio riportiamo la procedura descritta dall’FDA (Bacteriological Analytical Manual, settembre 2002):

  • “Per una migliore comprensione degli argomenti trattati in questa sezione, si consiglia di fare riferimento agli argomenti trattati nelle lezioni specifiche dedicate al Laboratorio di Microbiologia degli Alimenti”.

Procedura FDA (Bacteriological Analytical Manual, settembre 2002)

  • Sospendere 25 g di campione in 225 ml di brodo BHI e omogeneizzare. Far decantare l’omogenato per 10 minuti a temperatura ambiente, quindi travasare il surnatante in un contenitore sterile e incubare per 3 ore a 35°C, in modo da recuperare cellule eventualmente danneggiate sub-letalmente.
  • Trasferire il brodo arricchito in 225 ml di brodo Triptone Fosfato a doppia concentrazione e incubare a 44°C per 20 ore.
  • Strisciare su piastre di Agar Levine Eosin-Methylene Blue e Mac Konkey agar. Incubare a 35°C per 20 ore.
  • Le colonie tipiche isolate sui terreni selettivi sono sottoposte ad una serie di saggi biochimici e fisiologici per identificare gli isolati a livello di specie. Questi saggi includono: Gram-reazione; morfologia, motilità; ossidasi; il test IMVC e saggi biochimici condotti con l’ausilio di sistemi di identificazione miniaturizzati, specificamente studiati per le Enterobatteriaceae.

Fare riferimento alle lezioni di Laboratorio di Microbiologia degli alimenti.

Numerazione, isolamento e identificazione di E. Coli O157:H7

Procedura

E. coli 0157:H7 è caratterizzato dal fatto che rispetto ad altri E. coli cresce meglio a temperature di 35-37°C, non fermenta il sorbitolo e non possiede l’enzima β-glucoronidasi. Sono stati studiati e proposti numerosi substrati selettivi di arricchimento.

Procedura

Procedura


Numerazione, isolamento e identificazione di E. Coli O157:H7

Identificazione

Identificazione

Identificazione


Considerazioni conclusive

Malattie microbiche trasmesse con gli alimenti

Ceppi enterovirulenti di Escherichia coli

In questa lezione abbiamo preso in considerazione i principali aspetti delle malattie microbiche trasmesse con gli alimenti.

Abbiamo inoltre considerato le caratteristiche di ceppi enterovirulenti di Escherichia coli e le loro relazioni con gli alimenti.

Alcuni punti di riflessione e studio sono i seguenti:

  • Gli alimenti possono rappresentare dei potenziali veicoli di malattie in quanto possono trasferire ai consumatori microrganismi e sostanze chimiche capaci di provocare danni per la salute.
  • Le malattie batteriche trasmesse con gli alimenti sono conosciute come infezioni e intossicazioni.
  • I ceppi di E. coli capaci di causare patologie intestinali, sono classificati in vari gruppi specifici, detti virotipi.
  • Escherichia coli O157:H7 è tra i più pericolosi batteri patogeni associato a numerosi episodi epidemici in cui sono risultati implicati soprattutto alimenti carnei.

Prossima lezione

Batteri patogeni trasmessi con gli alimenti: Salmonella spp. ; Shigella spp. ; Yersinia enterocolitica

Nella prossima lezione, tratteremo la biologia, l’ecologia, le attività metaboliche la sistematica e il comportamento di importanti batteri patogeni trasmessi con gli alimenti quali:

  • Salmonella spp.
  • Shigella spp.
  • Yersinia enterocolitica

Le lezioni del Corso

I materiali di supporto della lezione

Infezioni e intossicazioni alimentari

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